(57)【要約】  本発明の半導体装置は、電極パッドを有する半導体素子と、半導体素子を搭載し、電気的接合部材が形成された基材と、電極パッドと電気的接合部材とを電気的に接続するボンディングワイヤと、半導体素子及びボンディングワイヤ電極パッドの主成分金属は、ボンディングワイヤの主成分金属と同じ金属であるか、あるいは、ボンディングワイヤの主成分金属とは異なり、電極パッドの主成分金属とボンディングワイヤの主成分金属とが異なるとき、封止樹脂のポストキュア温度下前記ボンディングワイヤと前記電極パッドとの接合部において前記ボンディングワイヤの主成分金属と電極パッドの主成分金属とが相互に拡散する速度が、ポストキュア温度下にアルミニウム（Ａｌ）と金（Ａｕ）との接合部において金（Ａｕ）とアルミニウム（Ａｌ）とが相互に拡散する速度よりも小さいことを特徴とする。
2011093038.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極パッドを有する半導体素子と、
前記半導体素子を搭載し、電気的接合部材が形成された基材と、
前記電極パッドと前記電気的接合部材とを電気的に接続するボンディングワイヤと、
前記半導体素子及び前記ボンディングワイヤを封止し、熱硬化性樹脂組成物の硬化物からなる封止樹脂と、
を備え、
前記電極パッドの主成分金属は、前記ボンディングワイヤの主成分金属と同じ金属であるか、あるいは、前記ボンディングワイヤの主成分金属とは異なり、
前記電極パッドの主成分金属と前記ボンディングワイヤの主成分金属とが異なるとき、前記封止樹脂のポストキュア温度下前記ボンディングワイヤと前記電極パッドとの接合部において前記ボンディングワイヤの主成分金属と前記電極パッドの主成分金属とが相互に拡散する速度が、前記ポストキュア温度下アルミニウム（Ａｌ）と金（Ａｕ）との接合部において金（Ａｕ）とアルミニウム（Ａｌ）とが相互に拡散する速度よりも小さい、半導体装置。
【請求項２】
前記電極パッドの主成分金属が、金（Ａｕ）、又は、パラジウム（Ｐｄ）であり、
前記ボンディングワイヤの主成分金属が、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）又は銀（Ａｇ）である、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
自動車に用いられる、請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記ボンディングワイヤが、前記ボンディングワイヤを構成する金属成分全体に対して、金（Ａｕ）を９９質量％以上含む、請求項１乃至３いずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記電極パッドが、金（Ａｕ）からなる、請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記電極パッドが、パラジウム（Ｐｄ）からなる、請求項４に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記基材がダイパッド部を有するリードフレームであり、
前記ダイパッド部上に前記半導体素子が搭載される、請求項１乃至６いずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記封止樹脂が（Ａ）エポキシ樹脂と、（Ｂ）硬化剤と、（Ｃ）無機充填材とを含むエポキシ樹脂組成物の硬化体である、請求項１乃至７いずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記（Ａ）エポキシ樹脂が、多官能エポキシ樹脂である、請求項８に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記封止樹脂の前記ポストキュア温度が１７５℃である、請求項１乃至９いずれか１項に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関するものである。特に、半導体素子の電極パッドがボンディングワイヤで電気的に接合され、半導体素子とボンディングワイヤとが熱硬化性樹脂組成物の硬化物で封止されている半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来からダイオード、トランジスタ、集積回路等の電子部品は、主に熱硬化性樹脂組成物を用いて封止されている。特に集積回路では、エポキシ樹脂、フェノール樹脂系硬化剤、及び溶融シリカ、結晶シリカ等の無機充填材を配合した耐熱性、耐湿性に優れたエポキシ樹脂組成物が用いられている。ところが近年、電子機器の小型化、軽量化、高性能化の市場動向において、半導体素子の高集積化が年々進み、また半導体装置の表面実装化が促進されるなかで、半導体素子の封止に用いられているエポキシ樹脂組成物への要求は益々厳しいものとなってきている。【０００３】
一方、半導体素子が使用される環境条件も厳しくなり、ボンディングワイヤの接合信頼性の向上も求められている。特に、自動車で使用される半導体素子では、電極パッドとボンディングワイヤとの接合部における高温信頼性の向上が求められている。【０００４】
例えば、特許文献１では、金合金細線へ銀の添加と併用して、Ｍｎを０．００５〜０．８重量％の範囲で含有させることで、加熱後に接合強度を低下することを抑制することができると記載されている。【０００５】
また、特許文献２では、ボンディングワイヤの合金化添加元素を適正化することで、ボンディングワイヤと電極との接合部の長期信頼性を向上させ、高密度化、細線化、特性バラツキの低減等が図れると記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−２７２９３１号公報
【特許文献２】特開２００３−１３３３６２号公報
【発明の概要】
【０００７】
しかしながら、近年、半導体素子が使用される環境条件がよりいっそう厳しくなり、さらなる高温信頼性の向上が求められている。
【０００８】
例えば、自動車には非常に高温の環境が存在し、特に高い高温保管特性や高温動作特性が要求される。高温保管時や高温動作時の金ワイヤ、アルミニウムパッドの接合の不良はカーケンダル現象によるボイド発生によるものであるが、合金ワイヤによりボイド成長を遅くすることによる改良（例えば特許文献１，２参照）は、十分に満足できるものではなかった。
【０００９】
本発明は、半導体素子の電極パッドがボンディングワイヤで電気的に接合され、半導体素子とボンディングワイヤとが熱硬化性樹脂組成物の硬化物で封止されている半導体装置において、高温保管特性や高温動作特性に優れた半導体装置を提供するものである。
【００１０】
本発明の半導体装置は、
電極パッドを有する半導体素子と、
前記半導体素子を搭載し、電気的接合部材が形成された基材と、
前記電極パッドと前記電気的接合部材とを電気的に接続するボンディングワイヤと、
前記半導体素子及び前記ボンディングワイヤを封止し、熱硬化性樹脂組成物の硬化物からなる封止樹脂と、
を備え、
前記電極パッドの主成分金属は、前記ボンディングワイヤの主成分金属と同じ金属であるか、あるいは、前記ボンディングワイヤの主成分金属とは異なり、
前記電極パッドの主成分金属と前記ボンディングワイヤの主成分金属とが異なるとき、前記封止樹脂のポストキュア温度下前記ボンディングワイヤと前記電極パッドとの接合部において前記ボンディングワイヤの主成分金属と前記電極パッドの主成分金属とが相互に拡散する速度が、前記ポストキュア温度下アルミニウム（Ａｌ）と金（Ａｕ）との接合部において金（Ａｕ）とアルミニウム（Ａｌ）とが相互に拡散する速度よりも小さいことを特徴とする。
【００１１】
本発明に従うと、半導体素子の電極パッドがボンディングワイヤで電気的に接合され、半導体素子とボンディングワイヤとが熱硬化性樹脂組成物の硬化物で封止されている半導体装置において、高温保管特性や高温動作特性に優れた半導体装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。【００１３】
【図１】本発明に係る半導体装置の一例について、断面構造を示した図である。
【図２】本発明に係る片面封止型の半導体装置の一例について、断面構造を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の半導体装置について詳細に説明する。
本発明の半導体装置は、電極パッドを有する半導体素子と、半導体素子を搭載し、電気的接合部材が形成された基材と、電極パッドと電気的接合部材とを電気的に接続するボンディングワイヤと、半導体素子及びボンディングワイヤを封止し、熱硬化性樹脂組成物の硬化物からなる封止樹脂とを備え、電極パッドの主成分金属は、ボンディングワイヤの主成分金属と同じ金属であるか、あるいは、ボンディングワイヤの主成分金属とは異なり、電極パッドの主成分金属とボンディングワイヤの主成分金属とが異なるとき、封止樹脂のポストキュア温度下ボンディングワイヤと電極パッドとの接合部においてボンディングワイヤの主成分金属と電極パッドの主成分金属とが相互に拡散する速度が、ポストキュア温度下アルミニウム（Ａｌ）と金（Ａｕ）との接合部において金（Ａｕ）とアルミニウム（Ａｌ）とが相互に拡散する速度よりも小さいことを特徴とする。以下、各構成について詳細に説明する。
【００１５】
本発明において用いられる半導体素子の電極パッドの主成分金属は、ボンディングワイヤの主成分金属と同じ金属であるか、あるいは、ボンディングワイヤの主成分金属とは異なり、かつ半導体素子の電極パッドの主成分金属とボンディングワイヤの主成分金属との合金成長速度が金とアルミニウムとの合金成長速度より遅い金属である。
【００１６】
本発明において、電極パッドの主成分金属は、電極パッドに含まれる金属成分全体に対して、９５質量％以上電極パッドに含まれることが好ましく、９８質量％以上含まれることがより好ましく、９９質量％含まれることがさらに好ましい。また、本発明において、ボンディングワイヤの主成分金属は、ボンディングワイヤに含まれる金属成分全体に対して、９０質量％以上ボンディングワイヤに含まれることが好ましく、９５質量％以上含まれることがより好ましく、９８質量％含まれることがさらに好ましい。
【００１７】
また、本発明において、合金成長速度とは、封止樹脂のポストキュア温度下に２つの異なる金属材料を接触させたとき、金属材料中に含まれる金属成分が相互に拡散する速度をいう。金属成分が相互に拡散することで、異種金属材料の接合部に合金が形成されることとなる。
【００１８】
半導体素子の電極パッドの主成分金属とボンディングワイヤの主成分金属との合金成長速度と、金とアルミニウムとの合金成長速度との比較は、封止樹脂のポストキュア温度下における金属の拡散係数の差を比較することで調べることができる。具体的には、まず、封止樹脂のポストキュア温度下で電極パッドの主成分金属とボンディングワイヤの主成分金属とを接触させ、電極パッドの主成分金属がボンディングワイヤの主成分金属に拡散する拡散係数（ＤＰ−Ｗ）と、ボンディングワイヤの主成分金属が電極パッドの主成分金属に拡散する拡散係数（ＤＷ−Ｐ）との差（Ｄ１＝｜ＤＰ−Ｗ−ＤＷ−Ｐ｜）を調べる。また、封止樹脂のポストキュア温度下でアルミニウムと金とを接触させ、アルミニウムが金に拡散する拡散係数（ＤＡｌ−Ａｕ）と金がアルミニウムに拡散する拡散係数（ＤＡｕ−Ａｌ）との差（Ｄ２＝｜ＤＰ−Ｗ−ＤＷ−Ｐ｜）を調べる。本発明では、Ｄ１＜Ｄ２の関係を満たせばよい。封止樹脂のポストキュア温度としては、例えば１７５℃とすることができる。
【００１９】
また、合金成長速度については、下記の方法で測定してもよい。半導体素子の電極パッドがボンディングワイヤで電気的に接合され、半導体素子とボンディングワイヤとが熱硬化性樹脂組成物の硬化物で封止されている半導体装置を、所定時間、所定温度（例えば、１７５℃、８時間）で高温処理したのち、半導体素子の電極パッド上のワイヤボンディング部を切断して断面研磨し、レーザー顕微鏡で合金部分の成長厚みを測定する。成長厚みを高温処理時間で除した値をもって、合金成長速度とする。
【００２０】
本発明において、基材は、ダイパッド部を有するリードフレームであってもよいし、回路基板であってもよい。リードフレームには、電気的接合部材として、入出力用端子、電源用端子等の外部接続端子を形成させることができる。また、回路基板には、電気的接合部材として、電極パッドを形成させることができる。
【００２１】
ボンディングワイヤは、リードフレーム又は回路基板に設けられた外部接続端子と半導体素子の電極パッドとを電気的に接続するために使用される。半導体素子においては、集積度の向上のため狭パッドピッチ、小ワイヤ径が要求され、具体的には、３０μｍ以下、さらに好ましくは２５μｍ以下のワイヤ径が求められている。本発明の半導体装置で用いられるボンディングワイヤは、３０μｍ以下、さらに好ましくは２５μｍ以下のワイヤ径であり、かつ１５μｍ以上のワイヤ径であることが好ましい。本発明の半導体装置で用いられるボンディングワイヤは、特に限定はされないが、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、又はＣｕ（銅）を主成分金属とすると好ましい。より具体的には、ボール形状安定性と接合強度の点から、希土類元素、Ａｇ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｍｇ、Ｏｓ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｓｎ及びＹから選ばれた少なくとも１種の元素を０．０００５〜２．０質量％含む金純度９８質量％以上の金合金で構成されていることが好ましい。高温保管特性や高温動作特性という観点では、金純度は９９質量％（２Ｎ）以上であることがより好ましく、９９．９９質量％（４Ｎ）以上であることが特に好ましい。なお、ここでいう「純度」とは、ボンディングワイヤを構成する金属成分の全体に対するボンディングワイヤ中の金の含有量をいう。
【００２２】
半導体素子の電極パッドには、一般にＡｌを主成分とする金属が使用されているが、ボンディングワイヤの金合金との間に合金（金属間化合物）を生じ、１００℃以上の高温保管時や高温動作時に合金の成長が見られる。このとき、相互拡散速度の違いからカーケンダル現象によるボイドが発生、成長し、抵抗値の上昇や断線が生じる。本発明では、半導体素子の電極パッドの主成分金属を、ボンディングワイヤの主成分金属と同じにするか、あるいは、半導体素子の電極パッドの主成分金属とボンディングワイヤの主成分金属の合金成長速度が金とアルミニウムとの合金成長速度より遅い金属としているため、カーケンダルボイドの発生、成長を防ぎ、高温保管時や高温動作時の寿命を著しく改善することができる。
【００２３】
ボンディングワイヤの主成分金属が金である場合、半導体素子の電極パッドは、パラジウム（Ｐｄ）又は金（Ａｕ）を主成分金属とすると好ましく、耐湿信頼性の点からパラジウム（Ｐｄ）又は金（Ａｕ）からなるとより好ましい。Ｐｄはボンディングワイヤの主成分であるＡｕとの合金成長速度が、ＡｕとＡｌとの合金成長速度より遅く、カーケンダルボイドの成長が遅いため高温保管時や高温動作時の寿命が長い。また、Ａｕはボンディングワイヤの主成分であるとＡｕと同じであるため、基本的に合金成長がなくカーケンダルボイドが発生しない。
【００２４】
ボンディングワイヤの主成分金属が銅である場合、半導体素子の電極パッドは、パラジウム（Ｐｄ）又は金（Ａｕ）を主成分金属とすると好ましく、耐湿信頼性の点からパラジウム（Ｐｄ）又は金（Ａｕ）からなるとより好ましい。Ｐｄ、Ａｕはボンディングワイヤの主成分であるＣｕとの合金成長速度が、ＡｕとＡｌとの合金成長速度より遅く、カーケンダルボイドの成長が遅いため高温保管時や高温動作時の寿命が長い。
【００２５】
ボンディングワイヤの主成分金属が銀である場合、半導体素子の電極パッドの金属は、パラジウム（Ｐｄ）又は金（Ａｕ）を主成分金属とすると好ましく、耐湿信頼性の点からパラジウム（Ｐｄ）又は金（Ａｕ）からなることがより好ましい。Ｐｄ、Ａｕはボンディングワイヤの主成分であるＡｇとの合金成長速度が、ＡｕとＡｌとの合金成長速度より遅く、カーケンダルボイドの成長が遅いため高温保管時や高温動作時の寿命が長い。
【００２６】
電極パッドに含まれる主成分金属以外の金属としては、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｓｉから選ばれた少なくとも１種を用いることができ、電極パッド中０〜２質量％含まれることが好ましい。
【００２７】
次に、本発明の半導体装置の製造に用いられ、成形、硬化することにより封止部材を構成することとなる熱硬化性樹脂組成物について説明を行う。本発明の半導体装置の製造に用いられる熱硬化性樹脂組成物は、特に制限されず、ユリア樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、レゾルシノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、酢酸ビニル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、アクリル樹脂、ビニルウレタン樹脂、シリコーン樹脂、α−オレフィン無水マレイン酸樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂等の熱硬化樹脂を単独又は２種以上、硬化剤及び硬化触媒ととともに含むものであるが、（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）硬化剤、（Ｃ）無機充填材を含むエポキシ樹脂組成物が望ましい。以下、本発明の半導体装置の製造に用いられるエポキシ樹脂組成物の各構成成分について説明を行う。
【００２８】
本発明の半導体装置の製造に用いられるエポキシ樹脂組成物には、（Ａ）エポキシ樹脂を用いることができる。（Ａ）エポキシ樹脂は、１分子内にエポキシ基を２個以上有するモノマー、オリゴマー、ポリマー全般であり、その分子量、分子構造を特に限定するものではないが、例えば、ビフェニル型エポキシ樹脂、ビスフェノール型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂等の結晶性エポキシ樹脂；フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂等のノボラック型エポキシ樹脂；トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、アルキル変性トリフェノールメタン型エポキシ樹脂等の多官能エポキシ樹脂；フェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂等のアラルキル型エポキシ樹脂；ジヒドロキシナフタレン型エポキシ樹脂、ジヒドロキシナフタレンの２量体をグリシジルエーテル化して得られるエポキシ樹脂等のナフトール型エポキシ樹脂；トリグリシジルイソシアヌレート、モノアリルジグリシジルイソシアヌレート等のトリアジン核含有エポキシ樹脂；ジシクロペンタジエン変性フェノール型エポキシ樹脂等の有橋環状炭化水素化合物変性フェノール型エポキシ樹脂が挙げられ、これらは１種類を単独で用いても２種類以上を併用してもよい。高温保管特性や高温動作特性をさらに向上させるという観点では、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、アルキル変性トリフェノールメタン型エポキシ樹脂等の多官能エポキシ樹脂が好ましく、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂が特に好ましい。
【００２９】
（Ａ）エポキシ樹脂全体の配合割合の下限値としては特に限定されないが、エポキシ樹脂組成物全体に対して、３質量％以上であることが好ましく、５質量％以上であることがより好ましい。（Ａ）エポキシ樹脂全体の配合割合が上記範囲内であると、粘度上昇によるワイヤ切れを引き起こす恐れが少ない。また、（Ａ）エポキシ樹脂全体の配合割合の上限値としては特に限定されないが、エポキシ樹脂組成物全体に対して、１５質量％以下であることが好ましく、１３質量％以下であることがより好ましい。エポキシ樹脂全体の配合割合の上限値が上記範囲内であると、吸水率増加による耐湿信頼性の低下等を引き起こす恐れが少ない。
【００３０】
本発明の半導体装置の製造に用いられるエポキシ樹脂組成物には、（Ｂ）硬化剤を用いることができる。（Ｂ）硬化剤としては、例えば重付加型の硬化剤、触媒型の硬化剤、縮合型の硬化剤の３タイプに大別することができる。
【００３１】
重付加型の硬化剤としては、例えば、ジエチレントリアミン（ＤＥＴＡ）、トリエチレンテトラミン（ＴＥＴＡ）、メタキシレリレンジアミン（ＭＸＤＡ）などの脂肪族ポリアミン、ジアミノジフェニルメタン（ＤＤＭ）、ｍ−フェニレンジアミン（ＭＰＤＡ）、ジアミノジフェニルスルホン（ＤＤＳ）などの芳香族ポリアミンのほか、ジシアンジアミド（ＤＩＣＹ）、有機酸ジヒドララジドなどを含むポリアミン化合物；ヘキサヒドロ無水フタル酸（ＨＨＰＡ）、メチルテトラヒドロ無水フタル酸（ＭＴＨＰＡ）などの脂環族酸無水物、無水トリメリット酸（ＴＭＡ）、無水ピロメリット酸（ＰＭＤＡ）、ベンゾフェノンテトラカルボン酸（ＢＴＤＡ）などの芳香族酸無水物などを含む酸無水物；ノボラック型フェノール樹脂、フェノールポリマーなどのポリフェノール化合物；ポリサルファイド、チオエステル、チオエーテルなどのポリメルカプタン化合物；イソシアネートプレポリマー、ブロック化イソシアネートなどのイソシアネート化合物；カルボン酸含有ポリエステル樹脂などの有機酸類などが挙げられる。
【００３２】
触媒型の硬化剤としては、例えば、ベンジルジメチルアミン（ＢＤＭＡ）、２，４，６−トリスジメチルアミノメチルフェノール（ＤＭＰ−３０）などの３級アミン化合物；２−メチルイミダゾール、２−エチル−４−メチルイミダゾール（ＥＭＩ２４）などのイミダゾール化合物；ＢＦ３錯体などのルイス酸などが挙げられる。
【００３３】
縮合型の硬化剤としては、例えば、ノボラック型フェノール樹脂、レゾール型フェノール樹脂等のフェノール樹脂系硬化剤；メチロール基含有尿素樹脂のような尿素樹脂；メチロール基含有メラミン樹脂のようなメラミン樹脂などが挙げられる。
【００３４】
これらの中でも、耐燃性、耐湿性、電気特性、硬化性、保存安定性等のバランスの点からフェノール樹脂系硬化剤が好ましい。フェノール樹脂系硬化剤は、一分子内にフェノール性水酸基を２個以上有するモノマー、オリゴマー、ポリマー全般であり、その分子量、分子構造を特に限定するものではないが、例えば、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂等のノボラック型樹脂；トリフェノールメタン型フェノール樹脂等の多官能型フェノール樹脂；テルペン変性フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂等の変性フェノール樹脂；フェニレン骨格及び／又はビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル樹脂、フェニレン及び／又はビフェニレン骨格を有するナフトールアラルキル樹脂等のアラルキル型樹脂；ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ等のビスフェノール化合物等が挙げられ、これらは１種類を単独で用いても２種類以上を併用してもよい。高温保管特性や高温動作特性をさらに向上させるという観点では、トリフェノールメタン型フェノール樹脂等の多官能型フェノール樹脂が好ましく、トリフェノールメタン型フェノール樹脂が特に好ましい。
【００３５】
（Ｂ）硬化剤全体の配合割合の下限値については、特に限定されないが、全エポキシ樹脂組成物中に、０．８質量％以上であることが好ましく１．５質量％以上であることがより好ましい。配合割合の下限値が上記範囲内であると、充分な流動性を得ることができる。また、（Ｂ）硬化剤全体の配合割合の上限値についても、特に限定されないが、全エポキシ樹脂組成物中に、１０質量％以下であることが好ましく、８質量％以下であることがより好ましい。配合割合の上限値が上記範囲内であると、吸水率増加による耐湿信頼性の低下等を引き起こす恐れが少ない。
【００３６】
また、（Ｂ）硬化剤としてフェノール樹脂系硬化剤を用いる場合におけるエポキシ樹脂とフェノール樹脂系硬化剤との配合比率としては、全エポキシ樹脂のエポキシ基数（ＥＰ）と全フェノール樹脂系硬化剤のフェノール性水酸基数（ＯＨ）との当量比（ＥＰ）／（ＯＨ）が０．８以上、１．３以下であることが好ましい。当量比がこの範囲であると、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の硬化性の低下又は樹脂硬化物の物性の低下等を引き起こす恐れが少ない。
【００３７】
本発明の半導体装置の製造に用いられるエポキシ樹脂組成物には、（Ｃ）無機充填材を用いることができる。（Ｃ）無機充填材としては、一般に半導体封止用エポキシ樹脂組成物に使用されているものを用いることができ、例えば、溶融シリカ、結晶シリカ、タルク、アルミナ、チタンホワイト、窒化珪素等が挙げられる。最も好適に使用されるものとしては、溶融シリカである。これらの（Ｃ）無機充填材は、単独でも混合して用いても差し支えない。また、これらの（Ｃ）無機充填材は、カップリング剤により表面処理されていてもかまわない。充填材の形状としては、流動性改善のために、できるだけ真球状であり、かつ粒度分布がブロードであることが好ましい。また、ワイヤ−ピッチの狭い半導体装置への適用という観点では、（Ｃ）無機充填材が、ワイヤ−ピッチ幅の２／３以下の粒子径の粒子を９９．９質量％以上含むことが好ましい。この範囲にすることで、エポキシ樹脂組成物の未充填や粗大粒子がワイヤ間に挟まり押し倒すワイヤ流れを抑制することができるものである。このような（Ｃ）無機充填材は、市販されている無機充填材をそのまま、或いは、それらの複数を混合したり、篩分したりすること等により、調整して得ることができる。また、無機充填材の粒度分布は、市販のレーザー式粒度分布計（例えば、（株）島津製作所製、ＳＡＬＤ−７０００等）など用いて測定することができる。
【００３８】
（Ｃ）無機充填材の含有割合は特に限定されないが、（Ｃ）無機充填材の含有割合の下限値は、エポキシ樹脂組成物全体に対して、８２質量％以上であることが好ましく、８５質量％以上であることがよりに好ましい。上記下限値を下回らない範囲であれば、低吸湿性、低熱膨張性が得られるため耐湿信頼性が不十分となる恐れが少ない。また、（Ｃ）無機充填材の含有割合の上限値は、エポキシ樹脂組成物全体に対して、９２質量％以下であることが好ましく、８９質量％以下であることがより好ましい。上記上限値を超えない範囲であれば、流動性が低下し成形時に充填不良等が生じたり、高粘度化による半導体装置内のワイヤ流れ等の不都合が生じたりする恐れが少ない。
【００３９】
本発明の半導体装置の製造に用いられるエポキシ樹脂組成物には、（Ｄ）硬化促進剤をさらに用いることができる。（Ｄ）硬化促進剤は、エポキシ樹脂のエポキシ基と硬化剤の官能基（例えば、フェノール樹脂系硬化剤のフェノール性水酸基）との架橋反応を促進させるものであればよく、一般にエポキシ樹脂組成物に使用するものを用いることができる。例えば、１、８−ジアザビシクロ（５、４、０）ウンデセン−７等のジアザビシクロアルケン及びその誘導体；トリフェニルホスフィン、メチルジフェニルホスフィン等の有機ホスフィン類；２−メチルイミダゾール等のイミダゾール化合物；テトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレート等のテトラ置換ホスホニウム・テトラ置換ボレート；ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物等が挙げられ、これらは１種類を単独で用いても２種以上を併用しても差し支えない。
【００４０】
（Ｄ）硬化促進剤の配合割合の下限値としては特に限定されないが、エポキシ樹脂組成物全体に対して、０．０５質量％以上であることが好ましく、０．１質量％以上であることがより好ましい。（Ｄ）硬化促進剤の配合割合の下限値が上記範囲内であると、硬化性の低下を引き起こす恐れが少ない。また、（Ｄ）硬化促進剤の配合割合の上限値としては特に限定されないが、エポキシ樹脂組成物全体に対して、１質量％以下であることが好ましく、０．５質量％以下であることがより好ましい。（Ｄ）硬化促進剤の配合割合の上限値が上記範囲内であると、流動性の低下を引き起こす恐れが少ない。
【００４１】
本発明の半導体装置の製造に用いられるエポキシ樹脂組成物には、さらに必要に応じて、水酸化ジルコニウム等のアルミニウム腐食防止剤；酸化ビスマス水和物等の無機イオン交換体；γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリメトキシシラン等のカップリング剤；カーボンブラック、ベンガラ等の着色剤；シリコーンゴム等の低応力成分；カルナバワックス等の天然ワックス、合成ワックス、ステアリン酸亜鉛等の高級脂肪酸及びその金属塩類もしくはパラフィン等の離型剤；酸化防止剤等の各種添加剤を適宜配合してもよい。さらに、必要に応じて無機充填材をエポキシ樹脂又はフェノール樹脂で予め処理して用いてもよく、処理の方法としては、溶媒を用いて混合した後に溶媒を除去する方法や、直接無機充填材に添加し、混合機を用いて混合処理する方法等がある。
【００４２】
本発明の半導体装置の製造に用いられるエポキシ樹脂組成物は、前述の各成分を、例えば、ミキサー等を用いて常温混合したもの、さらにその後、ロール、ニーダー、押出機等の混練機で溶融混練し、冷却後粉砕したものなど、必要に応じて適宜分散度や流動性等を調整したものを用いることができる。
【００４３】
次に本発明の半導体装置について説明する。本発明の半導体装置は熱硬化性樹脂組成物をトランスファーモールド、コンプレッションモールド、インジェクションモールド等の従来からの成形方法で硬化成形し、その硬化物により半導体素子等の電子部品とボンディングワイヤ等を封止して得られる。尚、半導体封止用エポキシ樹脂組成物をトランスファーモールド、コンプレッションモールドにて成形硬化する場合、エポキシ樹脂組成物は、粉末又は顆粒状のものをそのまま用いても、打錠成形によりタブレット化したものを用いてもよい。トランスファーモールドなどの成形方法で封止された半導体装置は、そのまま、或いは８０℃〜２００℃程度の温度で、１０分〜１０時間程度の時間をかけて完全硬化させた後、電子機器等に搭載される。
【００４４】
本発明で用いられる半導体素子としては、特に限定されるものではなく、例えば、集積回路、大規模集積回路、トランジスタ、サイリスタ、ダイオード、固体撮像素子等が挙げられる。
【００４５】
本発明の半導体装置の形態としては、特に限定されないが、例えば、デュアル・インライン・パッケージ（ＤＩＰ）、プラスチック・リード付きチップ・キャリヤ（ＰＬＣＣ）、クワッド・フラット・パッケージ（ＱＦＰ）、スモール・アウトライン・パッケージ（ＳＯＰ）、スモール・アウトライン・Ｊリード・パッケージ（ＳＯＪ）、薄型スモール・アウトライン・パッケージ（ＴＳＯＰ）、薄型クワッド・フラット・パッケージ（ＴＱＦＰ）、テープ・キャリア・パッケージ（ＴＣＰ）、ボール・グリッド・アレイ（ＢＧＡ）、チップ・サイズ・パッケージ（ＣＳＰ）等が挙げられる。
【００４６】
図１は、本発明に係る半導体装置の一例について、断面構造を示した図である。ダイパッド３上に、ダイボンド材硬化体２を介して半導体素子１が固定されている。半導体素子１の電極パッドとリードフレーム５の端子（図示しない）との間はボンディングワイヤ４によって接続されている。半導体素子１は、熱硬化性樹脂組成物の硬化体６によって封止されている。
【００４７】
図２は、本発明に係る片面封止型の半導体装置の一例について、断面構造を示した図である。回路基板８の表面に、ソルダーレジスト７の層が形成された積層体のソルダーレジスト７上にダイボンド材硬化体２を介して半導体素子１が固定されている。半導体素子１と回路基板８との導通をとるため、回路基板８の電極パッドが露出するよう、電極パッド上のソルダーレジスト７は、現像法により除去されている。半導体素子１の電極パッドと回路基板８の電極パッドとの間はボンディングワイヤ４によって接続されている。封止用樹脂組成物の硬化体６によって、回路基板８の半導体素子１が搭載された片面側のみが封止されている。回路基板８上の電極パッドは回路基板８上の非封止面側の半田ボール９と内部で接合されている。
【００４８】
こうした本発明の半導体装置は、高温保管特性や高温動作特性に優れており、２００℃２０００時間の保管後も動作不良が生じず、また、１７５℃において１０００時間以上良好に動作することができる。したがって、１２０℃以上の高温の環境下でも使用することができ、とりわけ、自動車用途の半導体装置に好適に用いることができる。
【００４９】
以上、本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
例えば、図１、２においては、リードフレームのダイパッド部上又は回路基板上に１個の半導体素子が搭載された例を示したが、半導体素子は、ダイパッド部上又は回路基板上に複数搭載されていてもよい。
また、本発明の半導体装置の他の態様として、例えば、ダイパッド部を有するリードフレーム又は回路基板と、リードフレームのダイパッド部上又は回路基板上に搭載された１個以上の半導体素子と、リードフレーム又は回路基板に設けられた電気的接合部材と半導体素子に設けられた電極パッドとを電気的に接続するボンディングワイヤと、半導体素子と前記ボンディングワイヤとを封止する封止部材とを備え、半導体素子の前記電極パッドの主成分金属が、ボンディングワイヤの主成分金属と同じ金属であるか、あるいは、前記ボンディングワイヤの主成分金属とは異なり、かつ半導体素子の電極パッドの主成分金属とボンディングワイヤの主成分金属との合金成長速度が金とアルミニウムの合金成長速度より遅い金属であり、封止部材が（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）硬化剤、（Ｃ）無機充填材を含むエポキシ樹脂組成物の硬化物で構成されているものが挙げられる。
【実施例】
【００５０】
以下に本発明の実施例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。配合割合は質量部とする。実施例、比較例で用いたエポキシ樹脂組成物の各成分について、以下に示す。【００５１】
（エポキシ樹脂）
オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂（Ｅ−１：日本化薬（株）製、ＥＯＣＮ１０２０、軟化点５５℃、エポキシ当量１９６ｇ／ｅｑ）
ビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂（Ｅ−２：日本化薬（株）製、ＮＣ３０００、軟化点５８℃、エポキシ当量２７４ｇ／ｅｑ）
トリフェノールメタン型エポキシ樹脂（Ｅ−３：ジャパンエポキシレジン（株）製、Ｅ−１０３２Ｈ６０、軟化点５９℃、エポキシ当量１７１ｇ／ｅｑ）【００５２】
（硬化剤）
フェノールノボラック樹脂（Ｈ−１：住友ベークライト（株）製、ＰＲ−ＨＦ−３、軟化点８０℃、水酸基当量１０４ｇ／ｅｑ）
ビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル樹脂（Ｈ−２：明和化成（株）製、ＭＥＨ−７８５１ＳＳ、軟化点６５℃、水酸基当量２０３ｇ／ｅｑ）
トリフェノールメタン型フェノール樹脂（Ｈ−３：明和化成（株）製ＭＥＨ−７５００、軟化点１１０℃、水酸基当量９７ｇ／ｅｑ）【００５３】
（無機充填材）
溶融球状シリカ（株式会社マイクロン製、ＨＳ−１０４、平均粒径２６．５μｍ、１０５μｍ以上の粒子の割合１％以下）【００５４】
（その他の添加剤）
硬化促進剤：トリフェニルホスフィン（ＴＰＰ）
シランカップリング剤（エポキシシラン：γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン）
着色剤：カーボンブラック
離型剤：カルナバワックス【００５５】
エポキシ樹脂組成物の製造
（実施例１）
Ｅ−１                                                ９．２質量部
Ｈ−１                                                ４．８質量部
溶融球状シリカ                                      ８５．０質量部
トリフェニルホスフィン                                ０．１質量部
エポキシシラン                                        ０．２質量部
カーボンブラック                                      ０．３質量部
カルナバワックス                                      ０．４質量部
を常温でミキサーを用いて混合し、次に７０〜１００℃でロール混練し、冷却後粉砕してエポキシ樹脂組成物を得た。【００５６】
（実施例２〜７、比較例１〜２）
表１に記載のエポキシ樹脂組成物の配合に従い、実施例１と同様にしてエポキシ樹脂組成物を得た。【００５７】
半導体装置の製造
低圧トランスファー成形機（コータキ精機株式会社製、ＫＴＳ−１２５）を用いて、成形温度１７５℃、注入圧力６．９ＭＰａ、硬化時間１２０秒の条件で、エポキシ樹脂組成物によりシリコンチップ等を封止成形して、１６ピンＳＯＰ（パッケージサイズ７．２ｍｍ×１１．５ｍｍ、厚さ１．９５ｍｍ、下記に示すＴＥＧ（Ｔｅｓｔ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ｇｒｏｕｐ）のパッシベーション開口部２箇所にＡｕ線（住友金属鉱山（株）製ＮＬ−４、Ａｕ９９．９９質量％、２５μｍφ）をワイヤーボンドしてリードフレームのインナーリードと接続し、これを１ユニットとし３ユニットを直列に接続し１評価回路としている。）を得たのち、ポストキュアとして１７５℃、８時間加熱処理した。
ＴＥＧ１：サイズ３．５ｍｍ×３．５ｍｍ、厚さ０．３５ｍｍ、電極パッド：Ｐｄ−０．６μｍ厚、１１５μｍ×１２５μｍ、パッシベーション開口部：９５μｍ×１００μｍ×２箇所
ＴＥＧ２：サイズ３．５ｍｍ×３．５ｍｍ、厚さ０．３５ｍｍ、電極パッド：Ａｕ−０．６μｍ厚、１１５μｍ×１２５μｍ、パッシベーション開口部：９５μｍ×１００μｍ×２箇所
ＴＥＧ３：サイズ３．５ｍｍ×３．５ｍｍ、厚さ０．３５ｍｍ、電極パッド：Ａｌ（９９．５質量％）−Ｃｕ（０．５質量％）合金−０．６μｍ厚、１１５μｍ×１２５μｍ、パッシベーション開口部：９５μｍ×１００μｍ×２箇所【００５８】
各実施例及び各比較例で得られたエポキシ樹脂組成物及び半導体装置について、以下の評価を行った。得られた結果を表１に示す。【００５９】
評価方法
スパイラルフロー：低圧トランスファー成形機（コータキ精機（株）製、ＫＴＳ−１５）を用いて、ＡＮＳＩ／ＡＳＴＭ  Ｄ  ３１２３−７２に準じたスパイラルフロー測定用の金型に、金型温度１７５℃、注入圧力６．９ＭＰa、硬化時間１２０秒の条件でエポキシ樹脂組成物を注入し、流動長を測定した。単位はｃｍ。【００６０】
合金成長速度：ポストキュア（１７５℃、８時間）処理後の１６ピンＳＯＰのワイヤボンディング部を、クロスセクションポリッシャ（日本電子製、ＳＭ−０９０２０ＣＰ）で断面研磨し、レーザー顕微鏡（（株）キーエンス製、ＶＫ−９７００）で合金部分の厚みを測定した。【００６１】
高温保管特性：ポストキュア（１７５℃、８時間）処理後の１６ピンＳＯＰパッケージ１５個（１５評価回路）について、デジタルマルチメーター（（株）アドバンテスト製、ＡＤＶＡＮＴＥＳＴ  Ｒ６４４１Ａ）で評価回路の電気抵抗値を測定し記録した。高温保管試験（２００℃、２０００時間、電圧の印加無し）を行った後、再びデジタルマルチメーターで回路の電気抵抗値を測定した。評価回路の電気抵抗値が初期値に対し２０％増加したパッケージを不良と判定した。不良パッケージの個数がｎ個であるとき、ｎ／１５と表示した。
高温動作特性：ポストキュア（１７５℃、８時間）処理後の１６ピンＳＯＰパッケージ１５個（１５評価回路）について、デジタルマルチメーター（（株）アドバンテスト製、ＡＤＶＡＮＴＥＳＴ  Ｒ６４４１Ａ）で評価回路の電気抵抗値を測定し記録した。高温動作試験（１７５℃で回路に０．１Ａの直流電流を１０００時間流した。）を行った後、再びデジタルマルチメーターで回路の電気抵抗値を測定した。評価回路の電気抵抗値が初期値に対し２０％増加したパッケージを不良と判定した。不良パッケージの個数がｎ個であるとき、ｎ／１５と表示した。【００６２】
【表１】
2011093038.tif 000003
【００６３】
表１から明らかなように、実施例１〜７は高温保管特性や高温動作特性に優れていた。
【図１】
2011093038.tif 000004
【図２】
2011093038.tif 000005
【国際調査報告】
2011093038.tif 000006
2011093038.tif 000007
2011093038.tif 000008